CN101018019A - 开关电源设备 - Google Patents

Abstract

一种具有升压功率变换器的开关电源设备，所述升压功率变换器将宽范围的AC输入电压变换为比AC输入电压的幅度高的DC电压以提供给DC－DC变换器。开关电源设备包括负载检测电路、输入电压检测电路以及用于升压功率变换器的功率变换控制器。功率变换控制器根据输入电压检测电路检测的AC输入电压校正确定参考值。当基于校正的确定参考值和负载检测电路输出的检测值的比较检测到轻负载时，控制器使升压功率变换器不工作。

Description

开关电源设备

技术领域

本发明涉及一种开关电源设备，包括能够校正功率因子的升压功率变换器。更特别地，本发明涉及一种能够响应于外部负载的功率消耗校正功率因子的主动式功率因子校正设备(PFC设备)电路。

背景技术

响应于全球节约能源的趋势，增加了更有效地使用能源的努力。为了节约能源，IEC(国际电工委员会)对于用于电器或电气设备的电源设备定义了一系列标准。标准包括关于电源设备中电流的谐波分量的IEC-1000。此外，环境保护组织(EPA)规范，即所谓的能源之星(ENERGY STAR)，要求在输出负载因子25％、50％、75％和100％中的每个达到84％或更高的平均功率变换效率。

功率因子校正已得到更广泛的使用，以解决与电源设备中电流的谐波分量相关的问题，并且将PFC电路包括进了电源设备。图1是包括PFC电路的相关的开关电源设备的电路图。AC电源1提供的AC输入电压由整流器2整流。PFC电路3将整流器2整流的输入电流的波形整形为与输入电压的波形成比例的波形，从而校正功率因子并降低电流中的谐波分量。通过经由变压器T1的初级线圈P1使用开关元件Q2执行开-关切换，DC-DC变换器4将PFC电路3提供的DC电压变换为高频电压。接下来，DC-DC变换器4对在次级线圈S1处引起的对于二极管D2和电容器C2的高频电压进行整流和平滑，从而变换成作为负载5工作的电器所要求的DC电压。控制电路41打开和关闭开关元件Q2，从而DC-DC变换器4(电容器C2上的电压)的输出达到预定的输出电压。

PFC电路3包括第一串联电路、第二串联电路和PFC控制电路32。第一串联电路连接至整流器2的两端，并且包括电抗器L、具有MOSFET之类的开关元件Q1、以及电阻器R1。第二串联电路连接开关元件Q1的漏极和源极，并且包括二极管D1和电容器C1。PFC控制电路32的驱动电源从DC-DC变换器4提供。基于整流器2提供的AC输入电压、电容器C1的输出电压、以及取决于流经电阻器R1的电流的电压，PFC控制电路32执行开关元件Q1的开-关切换，从而AC输入电流和AC输入电压成比例，并且电容器C1的输出电压达到预定电压。

图2是图1所示开关电源设备的PFC控制电路的电路图。PFC控制电路32包括误差放大器321、乘法器322、电流检测器323、电流误差放大器324和PWM控制电路325。电容器C1的输出电压Vdc由电阻器R4和R5分压。误差放大器321产生信号，以放大通过上述分压得到的电压Vdc的部分和预定参考电压Vr之间的误差。整流器2提供的AC输入电压Vac由电阻器R2和R3分压。乘法器322将来自误差放大器321的信号和通过上述分压得到的AC输入电压Vac的部分相乘，从而产生电抗器L的电抗电流的目标值。电流检测器323检测流经电阻器R1的电流，即流经电抗器L的电流。电流误差放大器324将目标值和电流检测器323提供的平均电流值进行比较。PWM(脉宽调制)控制电路325将电流误差放大器324输出的比较结果和锯齿波形信号进行比较，并且根据比较的结果控制开关元件Q1的开-关操作，从而获得和AC输入电压以及误差放大器321提供的控制信号都成比例的AC输入电流。

图1所示的PFC电路3是主动类型，并且当从AC电源1向电源设备提供AC输入时，该PFC电路3持续地消耗电力。因此，当DC-DC变换器4的外部负载轻时，电源设备的功率变换效率就降低。例如，诸如电视机的具有待机模式功能的电器在待机模式中持续相当长的时间，在该期间只使用常规操作模式下使用功率的10％或更少。在这样的负载情况下功率变换效率的降低对发展能源节约来说是个问题，对于稳态负载的变换也存在相同的问题。

日本2001-119956号公开专利申请提出了一种电源设备，包括改进了轻负载模式或待机模式下的变换效率的PFC电路。该设备包括PFC电路，其响应于外部负载的功耗增加主动地控制功率因子校正。上述功率因子校正电路包括变换电力电源并向DC变换器提供电源的变换器，控制变换器的电源变换的功率因子校正控制单元，以及负载检测单元。负载检测单元检测外部负载在DC变换器中的功率消耗，并且当功率消耗超过预定功率等级时就使功率因子校正控制单元工作。

发明内容

尽管功率因子校正电路能够响应于外部负载的功耗增加主动控制功率因子校正，AC电源的额定电压依国家不同变化很大(例如，日本100VAC，美国115VAC，欧洲国家230VAC)。因此，对于适配于不同国家的不同额定AC电源电压的电源设备来说，难以在负载功耗响应于外部负载的功耗增加而到达预定等级时使PFC电路工作，并且在负载功耗响应于外部负载的功耗降低而降至预定等级时使PFC电路不工作(从而在宽范围的输入电压上在每个额定负载(或稳态负载)改进功率变换效率)。

对DC-DC变换器4的次级侧的负载5提供的功率的等级的检测使得能够独立于AC输入电压精确地控制PFC电路3。然而，在检测次级侧的负载功率的等级的方法中，在常规操作模式中通常提供大量电流，这增加了功率检测电路的功率损耗。当采用电流变压器来抑制功率检测电路中的功率损耗时，需要大的空间和成本。由于这个方法需要额外的部件将信号从次级侧传送至初级侧，需要较大的空间和成本，这使得小型化和降低成本变的困难。

一种检测初级侧的负载功率的等级的替代方法可以解决由次级侧的功率检测带来的问题。然而，由于输入电压的变化，在初级侧检测的功率等级和实际的输出功率等级并不完全成比例。由于用于确定使PFC电路工作或不工作的检测的负载功率等级这样根据输入电压的变化而变化，在有的情况下在额定的功率内使PFC电路工作或使其不工作会失败。尤其是，当基于PFC电路中开关元件的控制信号的占空比检测负载情况时，或者当执行控制操作来根据输入电压的变化而改变输出电压以使变换效率在低输入电压下最大化时，输入电压的变化导致对负载功率的检测的显著偏差。由于在给定的负载情况下是不能打开和关闭PFC电路的，待机或轻负载模式下功率变换效率极大地恶化，从而不能满足要求在输出负载因子25％、50％、75％和100％中的每个达到84％或更高的平均功率变换效率的EPA规范。

由于有关的电源设备使用主动PFC电路，开关元件的开关损耗或控制开关元件的电子电路的损耗恶化了轻负载情况下的整体功率效率。当比较从115VAC输入到例如400 VDC的输出电压(尽管常规输出电压是大约380 VDC，在此例中假设400 VDC)和从230 VAC输入到例如400 VDC的输出电压的PFC电路中的升压时，前一个的升压电压比较大。因此，加长了从115 VAC的输入电压至400 VDC的输出电压的升压中的导通期间并且显著缩短了关闭期间。结果是，由于对PFC电路的输入电流的增加而增加了功率损耗(功率损耗的增加和电流的平方成比例)，从而恶化了效率。

作为将PFC电路中的损耗最小化的方法，可以降低升压电压比。为了降低升压电压比，需要根据AC输入电压改变PFC电路的输出。必须将PFC电路的输出电压设置为高于输入电压的峰值的值，从而使PFC操作工作。例如，将对于115 VAC输入的PFC输出设置为大约200 VDC(尽管通常的PFC输出是大约250 VDC，在此例中假设200 VDC)，将对于230 VAC输入的PFC输出设置为大约400 VDC。在将升压电压比保持为低的情况下，当在初级侧检测DC-DC变换器的功率等级而不是直接检测DC-DC变换器的输出电流时，不容易检测输出电压。在检测初级电流的方法中，初级电压变化，因此不能通过简单的计算得到功率等级。为了得到功率等级，必须将电流值和电压值相乘。

即使在检测DC-DC变换器的开关元件的导通期间或占空比，或者，替代地，检测用于使输出电压达到预定电压的控制操作的反馈电压的情况下，PFC电路的输出电压，即DC-DC变换器的输入电压也会发生变化。因此，受输入电压的变化影响的输出功率等级并不直接和占空比成比例。

图3显示了输入电压负载因子和DC-DC变换器的占空比之间的关系。为了清楚起见，简化了DC输入电压和DC-DC变换器的开关元件的占空比。

负载检测电路基于DC-DC变换器的开关元件的驱动信号的占空比检测负载情况。只要DC-DC变换器的DC输入电压是恒定的，DC-DC变换器的负载功率等级和DC-DC变换器的开关元件的驱动信号的占空比就基本上成比例，而与相应的AC输入电压无关。因而，当确定了负载功率等级时，也就确定了DC-DC变换器的开关元件的占空比，这消除了由于AC输入电压的变化导致的检测点的变化。

然而，当采用了基于AC输入电压而改变PFC电路的输出电压以将PFC电路的效率最大化的结构时，PFC电路的输出电压，即DC-DC变换器的输入电压根据AC输入电压而变化。因此，如图4A所示，DC-DC变换器的开关元件的驱动信号的占空比，当将200 VDC输入的100％负载下的占空比设为50％时，400 VDC输入的100％负载下的占空比为25％。如上所述，即使在恒定的负载功率等级下，输出给定功率的占空比根据AC输入电压的不同而改变。当固定负载检测电路的比较参考值时，可能由于AC输入电压的变化而无法确定预定的负载功率等级，这会限制根据负载功率等级打开和关闭PFC电路。

图4B显示了和DC-DC变换器的输入电压的变化相联系的DC-DC变换器的占空比的变化。当设定了PFC电路在115 VAC输入或200 VDC输入的80％负载下打开并在50％负载下关闭时，PFC电路在200 VDC输入的40％的占空比下打开并在25％的占空比下关闭。当在230 VAC输入或400 VDC输入的情况下采用相同的占空比，230 VAC输入的PFC电路直到负载达到160％不会打开，即，PFC电路恒定地关闭。因而，功率因子校正没有工作，从而不能满足IEC-1000。

另一方面，当设定PFC电路在230 VAC输入或400 VDC输入的80％负载下打开时，占空比是20％。因此，PFC电路在115 VAC输入的40％的负载下打开。当设定PFC电路在230 VAC输入或400 VDC输入的50％负载下关闭时，占空比是12.5％。因此，PFC电路在115 VAC输入的25％负载下关闭。

当在甚至包括上述轻负载情况的范围内使PFC电路工作时，轻负载模式中的功率变换效率恶化，从而不能满足EPA规范(在输出负载因子25％、50％、75％和100％中的每个达到84％或更高的平均功率变换效率)。

根据本发明，可以提供一种包括PFC电路的开关电源设备，所述PFC电路能够响应于外部负载的功耗的增加主动地控制功率因子校正，并且在对于宽范围的AC输入电压中的每个输入电压适当的负载情况下执行功率因子校正，从而满足对于电流中的谐波分量的要求并且提高轻负载时的功率变换效率。

根据本发明的第一技术方面，开关电源设备包括升压功率变换器，该升压功率变换器将AC输入电压变换为比所述AC输入电压的幅度高的DC电压以提供给DC-DC变换器。该开关电源设备包括：检测所述开关电源设备的负载情况的负载检测电路；检测所述AC输入电压的输入电压检测电路；和功率变换控制器，基于所述检测的负载情况和第一参考值的比较控制是否使所述升压功率变换器工作或不工作。所述功率变换控制器根据所述检测的AC输入电压校正所述第一参考值。当确定所述检测的负载情况为轻负载时，所述功率变换控制器使所述升压功率变换器不工作。

根据本发明的第二技术方面，将根据第一方面的开关电源设备进一步配置为：当所述检测的AC输入电压超过第二参考值时，所述功率变换控制器根据所述AC输入电压校正所述第一参考值。

根据本发明的第三技术方面，将根据第一方面的开关电源设备进一步配置为：功率变换控制器校正第一参考值，从而与检测的AC输入电压具有正的相关性。

根据本发明的第四技术方面，将根据第一方面的开关电源设备进一步配置为：所述输入电压检测电路具有缠绕在所述升压功率变换器中包括的电抗器上的辅助线圈，并且检测在升压期间在所述辅助线圈处引起的电压，从而检测所述电抗器中的升压电压。

附图说明

图1是包括PFC电路的相关开关电源设备的电路图；

图2显示了相关开关电源设备的PFC控制电路的特定实例；

图3显示了DC-DC变换器的输入电压的负载因子和占空比之间的关系；

图4A显示了占空比的变化，图4B显示了与输入电压及负载相联系的PFC功能的开-关切换；

图5是根据本发明的第一实施例的开关电源设备的电路图；

图6显示了第一实施例的PFC控制电路和输出电压控制器；

图7显示了第一实施例的负载检测电路和DC-DC变换器；

图8显示了第一实施例的PFC开-关电路；

图9是根据本发明的第二实施例的开关电源设备的电路图；

图10显示了第二实施例的PFC控制电路和输出电压控制器；

图11显示了第二实施例的PFC开-关电路；

图12是根据本发明的第三实施例的开关电源设备的电路图；

图13显示了本发明第四实施例的PFC控制电路和输出电压控制器；

图14显示了第四实施例的PFC开-关电路的特定实例；

图15显示了本发明第五实施例的PFC开-关电路；

图16显示了根据本发明的负载检测电路的变型；

图17显示了根据本发明的负载检测电路的另一变型。

具体实施方式

下面参考附图详细描述根据本发明的开关电源设备的实施例。将会以具有PFC电路的AC-DC变换器为例描述实施例。

第一实施例

图5是根据本发明的第一实施例的开关电源设备的电路图。在图5所示的开关电源设备中，整流器2对AC电源1提供的AC输入电压进行整流并将电压输出至PFC电路3a。PFC电路3a将作为脉动波形的AC变换为DC，并且对整流器2整流的输入电流的波形进行整形，从而输入电流的波形与输入电压的波形成比例，从而校正功率因子并降低电流中的谐波分量。

DC-DC变换器4a将PFC电路3a的输出电压变换为预定电压以馈送给负载5。负载检测电路31检测DC-DC变换器4a的外部负载5的功耗。PFC开-关电路(功率变换控制器)34向PFC控制电路32a提供打开(ON)信号或关闭(OFF)信号，从而当负载检测电路31检测到的功耗超过预定等级时使PFC控制电路32a工作，并且当功耗低于预定等级时关闭PFC控制电路32a。

PFC电路3a包括第一串联电路、第二串联电路和PFC控制电路32a。第一串联电路包括电抗器Lp、包括MOSFET的开关元件Q1、和电阻器R1，并连接至整流器2的两个输出端。第二串联电路包括二极管D1和电容器C1，并且连接至开关元件Q1的漏极和源极。基于整流器2提供的AC输入电压Vac、电容器C1提供的输出电压Vdc、对应于流经电阻器R1的电流的电压，PFC控制电路32执行开关元件Q1的开-关切换，从而AC输入电流与AC输入电压成比例，并且电容器C1的输出电压(PFC电路的输出电压)达到预定电压。

PFC电路3a检测AC输入电压(例如115 VAC或230 VAC输入)的代表电压并且变化PFC输出电压，其中检测电抗器Lp的升压的电压值来代替检测AC输入电压。更具体地，将辅助线圈Ls通过电磁耦合缠绕在电抗器Lp上。根据本发明，辅助线圈Ls包括在输入电压检测电路中。通过检测在升压期间在辅助线圈Ls引起的电压而检测升压的电压值。辅助线圈Ls的两端都连接至二极管D3和电容器C3的串联电路上。将二极管D3的阴极的和电容器C3的一端之间的连接点分别连接至输出电压控制器33的输入接线端和PFC开-关电路34的输入接线端。将电容器C3的另一端连接至电阻器R1的一端。

输出电压控制器33接收电压Vc3，电压Vc3对应于电抗器Lp的升压电压，并且经由二极管D3使用辅助线圈Ls来进行检测。当升压电压Vc3超过预定电压值时，输出电压控制器33确定AC输入电压为低，并将PFC输出电压设为低的预定值。当升压电压Vc3低于预定电压值时，输出电压控制器33确定AC输入电压为高，并将PFC输出电压设为高的预定值。

图6是本实施例的PFC控制电路和输出电压控制器的特定实例的图示。图6所示的PFC控制电路32a和图2所示的PFC控制电路32在结构上的不同之处在于，其进一步包括参考电压源Vr和误差放大器321的同相接线端之间的电阻器R6。在输出电压控制器33，经由电阻器R8将晶体管Q3的集电极连接至电阻器R6和误差放大器321的同相接线端彼此相连的连接点，并且将发射极接地。晶体管Q3的基极经由电阻器R7和齐纳二极管ZD1的阳极相连，而二极管ZD1的阴极接收从辅助线圈Ls提供的升压电压Vc3。

根据该配置，当AC输入电压高并且升压电压Vc3低时，辅助线圈Ls上的电压就低。因此，关闭了晶体管Q3并将参考电压Vr施加到误差放大器321的同相接线端，这增加了PFC的输出电压。另一方面，当AC输入电压低并且升压电压Vc3高时，辅助线圈Ls上的电压就高。因此，打开了晶体管Q3并且电流从参考电压源Vr经过电阻器R6和R8流至晶体管Q3。从而，将由电阻器R6和R8分压的参考电压Vr的一部分施加到误差放大器321的同相接线端，这降低了PFC输出电压。

如上所述，由于能够根据AC输入电压改变PFC电路3a的输出电压，即使在低AC输入电压下PFC电路3a也能提供高功率变换效率，从而改进了PFC在操作中的功率变换效率。

图7显示了本实施例的负载检测电路和DC-DC变换器的特定实例。DC-DC变换器4a包括控制电路电源42，其中二极管D4和电容器C4对辅助线圈P2(和变压器T1的初级线圈P1相连)处引起的电压进行整流和平滑，从而向控制电路41供电。在负载检测电路31，施加于开关元件Q2的控制接线端(例如栅极接线端)的控制信号由电阻器R9和电容器C5进行平滑以输出至PFC开-关电路34。随着负载功率的增加，开关元件Q2的占空比增加，从而增加了该平滑的电压。

在PFC开-关电路34，将在负载检测电路31检测的电压和确定参考值(参考电压)进行比较，从而监控或检测负载5的功耗。当功耗等于或高于预定等级时，确定负载5处于高负载情况，从而PFC控制电路32a就变为工作的。当功耗低于预定等级时，确定负载5处于轻负载情况，PFC控制电路32a就变为不工作。当PFC控制电路32a不工作时，就降低了控制电路的功耗。由于不再有PFC中的开关元件Q1打开时导致的开关损失，改进了轻负载下整个开关电源的功率效率。

在PFC开-关电路34，根据AC输入电源的代表电压校正用于确定负载5的状态的确定参考值。当基于校正的确定参考值和负载检测电路31的检测输出值的比较确定负载5处于轻负载状态时，由PFC开-关电路34控制PFC电路3a不工作。更具体地，当PFC开-关电路34确定辅助线圈Ls检测到的升压电压Vc3低而AC输入电压高时，电路34降低确定参考值。当电路34确定升压电压Vc3高而AC输入电压低时，电路34增加确定参考值。

图8显示了第一实施例的PFC开-关电路的特定实例。参考图8，具有参考电压Vr2的电压源连接至比较器341的反相接线端。电阻器R11连接于比较器341的同相接线端和输出接线端之间。电阻器R10的一端连接至电阻器R11，电阻器R10的另一端接收升压电压Vc3。比较器341的输出接线端经由二极管D5连接至电阻器R13的一端。电阻器R13的另一端连接至比较器342的反相接线端和电阻器R12的一端。电阻器R12的另一端连接至参考电压源Vr1的正极。电阻器R14连接在比较器342的同相接线端和输出接线端之间。电阻器R14的一端经由电阻器R15连接至负载检测电路31。电阻器R14的另一端和比较器342的输出接线端连接至PFC控制电路32a。

根据该配置，当AC输入电压低，即当升压电压Vc3高并且超过参考电压Vr2时，打开了二极管D5，从而允许电流流过参考电压源Vr1和电阻器R13及R12。因此，将高于参考电压Vr1的电压(确定参考值)施加到比较器342的反相接线端。因此，当负载检测电路31的输出超过高的确定参考值时，比较器342向PFC控制电路32a输出ON信号。当AC输入电压高，即当升压电压Vc3低并且等于或低于参考电压Vr2时，关闭了二极管D5。因此，将参考电压Vr1施加到比较器342的反相接线端。因此，当负载检测电路31的输出超过低确定参考电压Vr1时，比较器342向PFC控制电路32a输出ON信号。

如上所述，当确定AC输入电压高时就降低确定参考值，而当确定AC输入电压低时就增加确定参考值。因此，不管AC输入电压的变化，PFC开-关电路34都能够在基本一致的负载情况下确定负载情况。

可以响应于AC输入电压的变化，任意地变化要做出确定的负载功率。例如，能够这样设置参考电压，使得对于115 VAC输入的确定在40％负载时反转，并且对于230 VAC的确定在80％负载时反转。

在本实施例的PFC开-关电路34中，变化了确定参考值。替代地，可以在负载检测电路31中提供输入电压分压器，从而通过改变输入电压分压器的电压分压比改变检测的占空比的平滑的电压值。

本实施例采用检测与PFC中的升压电压Vc3成比例的电压的方法作为检测输入电压的方法。因此，当AC输入电压低时，辅助线圈辅助线圈Ls上引起的电压就低，即施加到PFC开-关电路34的输入接线端的电压高。另一方面，当AC输入电压高时，施加到PFC开-关电路34的输入接线端的电压低。因此，应该将用于将输出电压设定为预定电压的设定电路配置为与检测器相一致，该检测器直接或间接地检测每一个低和高的输入电压。

第二实施例

图9是根据本发明的第二实施例的开关电源设备的电路图。在第二实施例的开关电源设备中，输出电压控制器33的输入接线端和输入接线端和PFC开-关电路34的输入接线端经由AC-DC变换电路35连接至整流器2的输出接线端，从而直接检测AC输入电压Vac。AC-DC变换电路35包括二极管D11和电容器C11。输出电压控制器33和PFC开-关电路34形成输入电压检测电路。经由AC-DC变换电路35输出并与AC输入电压Vac成比例的DC电压在下文中称为AC输入电压Vac’。

在本实施例中，至输出电压控制器33和PFC开-关电路34的输入电压随着AC输入电压Vac增加而增加，并且随着AC输入电压Vac降低而降低。

图10显示了本实施例的PFC控制电路和输出电压控制器的特定实例图。图10所示的第二实施例和第一实施例的不同之处仅在于PFC控制电路32b的结构。更具体地，参考电压是Vr的电压源直接连接至误差放大器321的同相接线端，并且电阻器R8的一端连接至误差放大器321的反相接线端和电阻器R4及R5之间的连接点。

根据该配置，当AC输入电压Vac增加时，至输出电压控制器33的输入电压也增加，因此打开了晶体管Q3，这将电阻器R8和电阻器R5并联。结果是，要输入至误差放大器321的同相接线端的PFC输出电压Vdc的电压分压比增加，因此增加了PFC输出电压。另一方面，当AC输入电压Vac’降低时，至输出电压控制器33的输入电压也降低，因此关闭了晶体管Q3。结果是，要输入至误差放大器321的同相接线端的PFC输出电压Vdc的电压分压比降低，因此降低了PFC输出电压。

图11显示了本实施例的PFC开-关电路的特定实施例。PFC开-关电路34a与图8所示第一实施例的PFC开-关电路34的不同之处在于晶体管Q4包括经由电阻器R13连接至比较器342a的反相接线端的集电极、接地的发射极、以及经由电阻器R16连接至齐纳二极管ZD2的阳极的基极，齐纳二极管ZD2的阴极接收AC输入电压Vac’。

根据该配置，当AC输入电压Vac增加时，打开了晶体管Q4，因此电流流过沿参考电压源Vr1、电阻器R12和R13、和晶体管Q4形成的通道。从而，将由电阻器R12和R13分压的参考电压Vr1的一部分施加到比较器342a的反相接线端上。施加至反相接线端的电压是确定参考值。因此，当负载检测电路31的输出值超过低的确定参考值时，比较器342a向PFC控制电路32a输出ON信号。

另一方面，当AC输入电压Vac降低时，关闭了晶体管Q4，从而将参考电压Vr1施加到比较器342a的反相接线端上。施加至反相接线端的电压是确定参考值。因此，当负载检测电路31的输出值超过高的确定参考值时，比较器342a向PFC控制电路32a输出ON信号。

如上所述，由于用于确定打开和关闭PFC控制电路32a的确定参考值根据AC输入电压而变化，可以在预定负载功率打开或关闭PFC电路3a。

除了图9所示的输出电压控制器和图10所示的PFC开-关电路的操作之外，本实施例中的电路的操作和第一实施例中的那些基本上相同，因此在此不再赘述。

第三实施例

图12是根据本发明的第三实施例的开关电源设备的电路图。在图12所示的第三实施例的开关电源设备中，将整流器2输出的AC输入电压Vac’提供给输出电压控制器33的输入接线端，并且将根据AC输入电压Vac而变化的PFC电路的输出电压(电容器C1上的电压)提供给PFC开-关电路34a的输入接线端。

由于输出电压控制器33和PFC开-关电路34a与第二实施例中的那些相同，第三实施例的操作与第二实施例的那些类似。从而，得到了和第二实施例类似的效果。

第四实施例

图13显示了本发明第四实施例的PFC控制电路和输出电压控制器的特定实例。图14显示了第四实施例的PFC开-关电路的特定实例。

在本实施例的开关电源设备中，图13所示的输出电压控制器33a和图14所示的PFC开-关电路34b根据AC输入电压连续地变化PFC输出电压和PFC开-关电路的确定参考值。

在图13所示的输出电压控制器33a中，电阻器R17的一端接收AC输入电压Vac’，电阻器R17的另一端连接至电阻器R18的一端、电容器C6的一端和缓冲器331的输入接线端。电阻器R18的另一端和电容器C6的另一端接地。缓冲器331的输出接线端连接至自己的反相接线端和二极管D6的阳极。二极管D6的阴极经由电阻器R19连接至齐纳二极管ZD3的阴极、比较器321的同相接线端和电阻器R6的一端。

根据该结构，当AC输入电压Vac增加时，电容器C6上的电压也增加，从而逐渐增加缓冲器331的输出。结果是，电流流过缓冲器331、二极管D6、电阻器R19、电阻器R6和参考电压源Vr形成的通道，从而施加到作为误差放大器的比较器321的同相接线端上的电压持续地增加。

因此，PFC输出电压与AC输入电压成比例地变化。例如，当对于115 VAC输入的PFC输出是200 VDC时，对于230 VAC输出400 VDC，之间的输出电压基本上以按比例增加。基于PFC输出电压在115 VAC输入下是200 VDC而在230 VAC输入下是400 VDC的假设，第四实施例的输入电压和PFC输出电压之间的特定关系可以表示为y＝ax＝1.74x，其中“y”是PFC输出电压，“a”是常量，“x”是AC输入电压的有效值。

y和x之间的关系能够用y＝ax+b表示，从而在115 VAC下得到大约250VDC的普通输出电压，在230 VAC下得到380 VDC的输出电压。替代地，能采用这样的预定的复杂函数，即，该函数基于输入电压来变化PFC输出电压，从而PFC输出电压在两个预定值之间切换。

在图14所示的PFC开-关电路34b中，电阻器R20的一端接收AC输入电压Vac’或者PFC输出电压Vdc，另一端连接至电阻器R21的一端、电容器C7的一端和电阻器R22a的一端。电阻器R22a的另一端连接至比较器341b的反相接线端。电阻器R21的另一端和电容器C7的另一端接地。参考电压Vr2施加至比较器341b的同相接线端。比较器341b的输出接线端经由电阻器R22连接至自己的反相接线端，并且还连接至二极管D7的阳极。二极管D7的阴极经由电阻器R23连接至齐纳二极管ZD4的阴极、比较器342b的反相接线端、以及电阻器R12的一端。电阻器R12的另一端连接至参考电压源Vr1的正极侧。

根据该结构，当AC输入电压Vac’或PFC输出电压Vdc增加时，电容器C7的电压也增加而比较器341b的输出降低。由于流过沿着比较器341b、二极管D7、电阻器R23、电阻器R12和参考电压源Vr1形成的通道的电流量降低，施加至比较器342b的反相接线端的电压(确定参考值)持续地降低。更具体地，确定参考值可以根据AC输入电压Vac’或PFC输出电压Vdc的值连续地变化。

第五实施例

图15显示了本发明第五实施例的PFC开-关电路的特定实例。图15所示的第五实施例的PFC开-关电路34c包括两个PFC开-关单元，用于基于负载功率检测PFC电路的开/关状态。

图15所示的PFC开-关电路34c包括具有用于115 VAC输入的第一确定参考值的第一比较器A，以及具有用于230 VAC输入的第二确定参考值的第二比较器B。PFC开-关电路34c根据AC输入电压Vac’或输出电压Vdc在第一比较器A的输出和第二比较器B的输出之间切换，并向PFC控制电路32a提供用于PFC的开-关切换的信号，从而控制PFC电路3a的开-关切换。

第五实施例的电路结构基本上和图9或图12的电路图所示的相同，并且具有与第二至第四实施例中相同的负载检测电路和输出电压控制器。

在图15中，Vac’或PFC输出电压Vdc输入至齐纳二极管ZD2的阴极的一端，齐纳二极管ZD2的阳极经由电阻器R16连接至晶体管Q4的基极，晶体管Q4的发射极接地。晶体管Q4的集电极连接至电阻器R24的一端以及具有晶体管的开关(晶体管)SW的基极。开关SW包括连接至PFC控制电路的集电极，连接至比较器343c的输出接线端、电阻器R25的一端和电阻器R24的另一端的发射极。电阻器R25的另一端连接至比较器343c的同相接线端和电阻器R26的一端。具有低于电压Vr1的参考电压Vr2的电压源连接至比较器343c的反相接线端。电阻器R26的另一端连接至负载检测电路31。

电阻器R15的一端连接至负载检测电路31和电阻器R26的另一端。电阻器R15的另一端连接至比较器342c的同相接线端和电阻器R14的一端。比较器342c包括连接至参考电压为Vr1的电压源的反相接线端，以及连接至电阻器R14的另一端和二极管D8的阳极的输出接线端。二极管D8的阴极连接至开关SW的集电极和PFC控制电路32a。

根据该结构，当AC输入电压Vac’或PFC输出电压Vdc高时，打开了晶体管Q4，从而打开开关SW并关闭二极管D8。从而，比较器343c基于参考电压Vr2确定负载检测电路31的负载情况，参考电压Vr2是确定参考值中较小的一个。

另一方面，当AC输入电压Vac’或PFC输出电压Vdc低时，关闭了晶体管Q4，从而关闭开关SW。结果是，比较器343c基于参考电压Vr1确定负载检测电路31的负载情况，参考电压Vr1是确定参考值中较大的一个。

需要指出，本发明并不限于第一至第五实施例中的每个所描述的开关电源设备，而可以是它们的任意组合。尽管在每个实施例中，描述了PFC控制电路32a包括开-关接线端，当PFC控制电路32a没有开-关接线端时，可以通过打开或关闭PFC控制电路电源来实现PFC控制电路32a的开-关切换。当如第五实施例的情况中那样，提供了每个都能执行PFC电路的开-关切换的多个接线端时，至各个接线端的独立连接也是适用的，而不需要在多个PFC开-关输出接线端之间切换。

尽管实施例描述了检测DC-DC变换器控制电路的输出信号的占空比来确定负载是轻还是重的实例，能够基于产生DC-DC变换器的控制电压的变压器的线圈来检测负载情况。

例如，如图16所示，在DC-DC变换器4a的开关元件Q2打开的期间，在变压器线圈P2处引起了与输入电压成比例的电压和代表占空比的脉冲宽度。因而，可以经由二极管D9作为输入电压检测在开关元件Q2打开期间在线圈P2处引起的电压，可以使用电阻器R27、齐纳二极管ZD5、电阻器R9和电容器C5检测占空比和负载功率。

在RCC(铃流扼流变换器)电路的情况下，如图17所示，在DC-DC变换器4b的开关元件Q2的关闭期间在变压器线圈P2处引起的电压大致与输出电压成比例。随着负载变大，输出线圈S1的电阻、输出电路的电阻以及输出整流器的压降将增加在变压器线圈P2处引起的电压。可以通过使用二极管D10以及电阻器R28和R29检测电压来确定负载是轻还是重。

为了DC-DC变换器的输出电压值达到预定值，检测输出电压并且返回至DC-DC变换器的控制电路41的反馈信号的电压根据负载情况而变化。因此，可以通过检测反馈信号确定负载是轻还是重。

发明效果

根据本发明，即使在使用PFC DC输出电压根据AC输入电压而变化的方法来改进PFC电路在重负载时的功率变换效率的情况下，由于检测AC输入电压以根据AC输入电压校正确定参考值，也可以通过在初级侧执行功率检测在所有AC输入电压的范围内正确地检测轻负载情况，其中由于在轻负载情况下使PFC电路不工作的轻负载输出，功率损耗小。从而，不论在轻负载还是在重负载下的AC输入电压的等级如何，改进了功率变换效率，并且实现了小型化和成本减少。

本申请主张申请于2005年12月28日的2005-378930号日本专利申请的优先权，通过参考在此引用其全部内容。尽管参考本发明的特定实施例对本发明进行了描述，本发明并不限于所描述的实施例。本领域技术人员在本发明的教示的启示下能够对上述实施例进行变型和变化。本发明的范围由其权利要求定义。

Claims (6)

1.一种具有升压功率变换器的开关电源设备，所述升压功率变换器将AC输入电压变换为比所述AC输入电压的幅度高的DC电压以提供给DC-DC变换器，所述设备包括：

检测所述开关电源设备的负载情况的负载检测电路；

检测所述AC输入电压的代表电压的输入电压检测电路；和

功率变换控制器，基于所述负载情况和第一参考值的比较，控制是否使所述升压功率变换器工作或不工作，所述功率变换控制器根据所述检测的AC输入电压的代表电压校正所述第一参考值，其中

当检测到所述负载情况处于轻负载情况时，所述功率变换控制器使所述升压功率变换器不工作。

2.根据权利要求1所述的开关电源设备，其中，当所述检测的AC输入电压超过第二参考值时，所述功率变换控制器根据所述AC输入电压校正所述第一参考值。

3.根据权利要求1所述的开关电源设备，其中所述输入电压检测电路具有缠绕在所述升压功率变换器中包括的电抗器上的辅助线圈，并且检测在升压期间在所述辅助线圈处引起的电压，从而检测所述电抗器中的升压电压。

4.根据权利要求2所述的开关电源设备，其中所述输入电压检测电路具有缠绕在所述升压功率变换器中包括的电抗器上的辅助线圈，并且检测在升压期间在所述辅助线圈处引起的电压，从而检测所述电抗器中的升压电压。

5.根据权利要求1所述的开关电源设备，其中

所述升压功率变换器输出对应于所述AC输入电压的输出电压；并且

所述输入电压检测电路检测所述升压功率变换器的所述输出电压。

6.根据权利要求1所述的开关电源设备，进一步包括根据所述AC输入电压控制所述升压功率变换器的输出电压的输出电压控制器。

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